Использование материала МР для виброизоляции и шумоглушения в технике

 

Ермаков А.И., Пономарёв Ю.К., Котов А.С., Медников М.В.

(СГАУ, г. Самара, РФ)

 

In the report constructional variants of vibroinsulation and noise  reduction means for different technical objects have been done. This means made on base created in SSAU (Samara State Aerospace University), unique elasto-damping material.

 

Проблема защиты от шума, вибрации и удара существует на каждом машиностроительном предприятии. Ее успешное решение зависит от грамотного применения методов виброизоляции и демпфирования. В настоящее время проблема гашения вибрации эффективно решается применением конструкционного демпфирования, объединяющего в одной конструкции оба перечиленных эффекта.

В 60-ых годах прошлого века в Самарском Государственном Аэрокосмическом Университете под руководством профессора А.М. Сойфера, был создан уникальный упругодемпфирующий материал, получивший название металлического аналога резины или сокращенно – материала МР.

Этот материал представляет собой однородную упругопористую массу, полученную холодным прессованием определенным способом уложенной, растянутой и дозированной по весу спирали [1, 2]. В качестве исходного материала для изготовления МР применяется тонкая металлическая проволока  различных марок. Марка проволоки определяется условиями работы детали из МР: температурным режимом, наличием агрессивной среды, характером приложения нагрузки и т.д.

В условиях эксплуатации, исключающим коррозию, и при работе в температурном режиме окружающей среды (213…333 К) обычно  применяется проволока марок 35ХГСА, 50ХФА и пр., при высоких температурах и агрессивных средах – из аустенитных сталей типа 11Х18Н10Т, ЭИ-708, ЭП-322. Диаметр используемой проволоки определяется размерами изготавливаемой детали, требованиями к ее механическим (прочностным) качествам. В большинстве практических случаев используется проволока диаметром от 0.03 до 0.3 мм.

Для изготовления деталей из МР используется спираль, полученная прокаткой проволоки между диском и роликом или намоткой на нить, которая впоследствии удаляется (выжигается или растворяется).

Процесс навивки спирали осуществляется пластическим деформированием проволоки на вращающемся керне при обкатывании его роликом. Необходимые при этом соотношения усилий прижатия керна к ролику  и натяжение проволоки подбирается опытным путем. Навивка спирали осуществляется на специальных полуавтоматах.

Спираль с определенным шагом вытяжки формируется в заготовку различными способами. Затем заготовка укладывается в прессформу и вхолодную спрессовывается в окончательный по форме упругодемпфирующий элемент (УДЭ). От того как уложена спираль, зависят в некоторой степени прочностные свойства получаемых элементов. На рис.1 показаны некоторые УДЭ из МР.

 

Рисунок 1- УДЭ из материала МР

 

Представленные способы изготовления является общим для всех изделий из материала МР. В   то же время отметим, изготовление конкретных типов изделий в зависимости от их назначения,  вносит свои особенности в технологические процессы, что сопряжено с перераспределением требованиями к значимости параметров образцов из МР.

Примеры виброизоляторов приведены на рис.2.

 

       

 

Рисунок 2-  Виброизоляторы из материала МР семейства ДКУ и АМГ

 

Нагрузочная характеристика виброизолятора ДКУ приведена на рис.3.

Для прогнозирования вибрационного состояния машин с использованием собранных виброизоляторов необходимо знать упругодемпфирующие характеристики в виде полей упругогистерезисных петель, а так же в виде среднециклических жесткостей и коэффициентов поглощения в зависимости от амплитуды.

Получение этих характеристик осложняется тем, что они зависят от большого числа факторов: диаметра проволоки, диаметра спирали, степени растяжения спирали при формировании заготовок, технологии укладки спирали при формировании заготовки, массы спирали, формы УДЭ, степени опрессовки заготовки (плотности детали, материала проволоки, технологией ее изготовления) и др.

Рисунок 3- Нагрузочная характеристика виброизолятора ДКУ-48-5/15

 

Получение этих характеристик осложняется тем, что они зависят от большого числа факторов: диаметра проволоки, диаметра спирали, степени растяжения спирали при формировании заготовок, технологии укладки спирали при формировании заготовки, массы спирали, формы УДЭ, степени опрессовки заготовки (плотности детали, материала проволоки, технологией ее изготовления) и др.

В связи с указанными трудностями, до сих пор методики расчета конкретного изделия носили экспериментальный характер, что затрудняло оптимизацию динамических систем. В настоящее время в СГАУ разрабатывается новый подход к созданию математических моделей деформирования изделий из материала МР. Суть этого подхода состоит в следующем. Для заданной технологии укладки спирали в заготовку, материала проволоки и плотности изделия экспериментально исследуется образец в виде параллелепипеда  на сжатие, сдвиг и изгиб. Результаты эксперимента обрабатываются в общеизвестных координатах: напряжение – деформация (s-e,t-g). Поскольку характеристики материала МР имеют гистерезисный характер, петли расщепляются при обработке эксперимента на упругие и неупругие компоненты, аппроксимируются   математическим зависимостями, которые затем используются в расчетах конкретных изделий в системах ANSYS, NASTRAN и др.

В качестве примера ниже представлена зависимость нормальных напряжений в материале МР при пульсирующем цикле нагружения:

s(e,e0,n) = sср(e)+0,5(-1)n+1sт(e)+(-1)nsт(e0)exp[-5|e-e0|/a0(e0)].

Расшифровка символов формулы дана в [3].

 

ЛИТЕРАТУРА

1.          Бузицкий В.Н., Сойфер А.М. Цельнометаллические упругодемпфирующие элементы, их изготовление и применение // Вибрационная прочность и надежность авиационных двигателей: Труды КуАИ, вып. 29 Куйбышев: КуАИ,1965 С. 259-266.

2.          Белоусов А.И., Бузицкий В.Н., Тройников А.А. Прогнозирование упругофрикционных характеристик амортизаторов из материала МР // Конструкционная прочность дигателей: Тез. докл. Всесоюз. конф. Куйбышев: КуАИ, 1980. С.14-15.

3.          Антипов В.А., Пономарев Ю.К., Малов А.В. Разработка конструкций и расчет характеристик упругодемпферных опор роторов турбомашин с применением материала МР (металлорезины). В настоящем сборнике.

Сайт управляется системой uCoz